NFYA5 Transkripsiyon Faktörünün Mutant Soya Bitkilerinde (Glycine max [L.] Merr) Kuraklık Stresi Üzerine Etkisi

Abstract

Soya (Glycine max [L.] Merr.), dünya çapında önemli ekonomik kazançların elde edildiği yağ bitkilerinden birisi olarak bilinmektedir. Kuraklık, küresel iklim koşullarının değişmesiyle birlikte artışa geçmekte ve dünya çapında soya verimliliğini olumsuz etkileyen en önemli abiyotik stres faktörü olarak değerlendirilmektedir. Transkripsiyon faktörleri, stres tipine bağlı olarak çeşitli transkript düzenlemeleri sağlar ve stresle ilgili çok sayıda genin bitkilerde doğrudan veya dolaylı olarak devreye girmesini kontrol eder. NF-YA transkripsiyon faktörleri, soyada verimi önemli ölçüde etkileyen kuraklığa karşı tolerans sağlamaktadır. GmNFYA5, tüm GmNFYA'lar arasında kuraklık stresinde gen anlatımı yüksek olan bir transkripsiyon faktörüdür. Mutant soya hatlarında kuraklık stresinin GmNFYA5 aracılı etkisini araştırmayı amaçlayan bu çalışmada, optimum koşullarda 14 gün boyunca yetiştirilen mutant ve mutantın kökenlendiği orjinal çeşide ait bitkiler kuraklık stresi için 14 gün boyunca sudan kesilmiştir. Bitkinin stresten kurtulmasını değerlendirmek için yeniden su uygulamasından 24 saat sonra yeniden sulamanın bitkilerde neden olduğu değişiklikler gözlenmiştir. Kuraklık stresi ve yeniden sulamanın etkisinin araştırılması için biyokimyasal analizler gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda hasat edilen yapraklardan total RNA izolasyonu ve cDNA sentezi gerçekleştirilmiştir. İzolasyon sonucu elde edilen RNA'ların dizilemesi (RNA-seq) gerçekleştirilmiş ve transkriptom analizi sonucunda kuraklık stresinde anlatımı artan ve azalan genler tespit edilmiştir. Tespit edilen genlerin gen ontolojisi (GO) ve KEGG analizleri gerçekleştirilmiştir. Kuraklık stresinin bitki boy uzunluklarında azalmaya ve soya yapraklarında ciddi hasarla neden olduğu görülmüştür. MDA ve prolin içerikleri kuraklık stresinde artarken klorofil miktarında azalma tespit edilmiştir. Tüm biyokimyasal analizlerde yeniden sulama uygulamasında 150-43 soya mutantında kuraklık stresi etkilerinin iyileştiği gözlemlenmiştir. NFYA ilişkili hem ABA'ya bağımlı hem de ABA'ya bağımsız sinyal yollarında rol oynayan genlerin anlatımları belirlenmiştir. Elde edilen RNA-seq verileri içerisinden kuraklık ile ilişkili genlerin stres yanıtında rol oynadıkları mekanizmalar ABA biyosentezi, ABA bağımlı sinyal yolu ve glutatyon metabolizması başta olmak üzere açıklanmıştır. Kuraklık stresine yanıtta hem ABA bağımlı hem de ABA bağımsız yolakta rol oynadığı bilinen GmNFYA5 geninin farklı soya çeşitleri ve mutantlarında gen anlatımları qRT-PZR ile belirlenmiştir. Kuraklık stresi altında NFYA5 gen anlatımı en yüksek 150-43 mutantlarında belirlenirken yeniden sulama uygulaması sonrası en az gen anlatımı yine 150-43 mutantlarında tespit edilmiştir. Soyada GmNFYA5'in anlatım profilleri, transkriptomdaki değişimler ile birlikte değerlendirilerek mutant hatların kuraklık stresine karşı gen anlatım düzeyleri belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda soyada kuraklık stres toleransına sahip çeşitlerin geliştirilmesine yönelik olarak mutant hatlarda var olan stres ilişkili yolaklar ve yeniden sulamanın kuraklık stresi etkisini iyileştirme yeteneği belirlenmiştir.